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ENERGÍA
La energía es la capacidad de producir algún tipo de trabajo o poner algo en
movimiento. Si bien el término puede definirse desde una variedad amplia de
enfoques, lo cierto es que todos ellos guardan algún tipo de relación con la
definición provista. La energía es un tópico de enorme relevancia para la actividad
humana, en la medida en que permite el desarrollo de la vida en la tierra y
sostiene la actividad económica.
La fuente de energía más importante para el hombre lo constituye el sol. Así
es gracias a la luz solar que los vegetales pueden, a través de células
especialmente diseñadas para esa tarea, tomar energía y producir su propio
alimento que deriva en la producción de oxígeno. Así vistos los hechos, los
vegetales también constituyen la primera fuente de energía de la cadena
alimenticia, en la medida en que sirven para nutrir a los herbívoros, y desde allí, a
todo el resto de los seres vivos, incluidos los carroñeros. En efecto, la energía
aportada por el sol en forma de luz (fotones o energía lumínica) es transformada
por los vegetales en energía química, almacenada en los nutrientes. Esta energía
es a su vez liberada como energía calórica por los animales.
Vale señalar que, para las actividades de producción de bienes y servicios
también es importante el requerimiento de fuentes de energía. Es por ello que la
explotación de recursos energéticos tiene una enorme importancia estratégica,
porque es la base sobre la que se pone en funcionamiento toda la economía. Las
principales fuentes de energía en este sentido lo constituyen los hidrocarburos,
que son compuesto orgánicos que se conforman por hidrógeno y carbono; así, el
gas natural y el petróleo son indispensables para que la actividad humana se
desarrolle en nuestros días. Resulta de interés señalar que estos productos se han
originado a partir de un lento y progresivo proceso que tuvo como punto de partida
a seres vivos, motivo por lo cual se los conoce como “combustibles fósiles”. En
términos estrictos y recordando el párrafo previo, la energía contenida en estos
productos no deja de ser también originada en el sol, aunque hace miles de años.
ENERGÍA ELÉCTRICA
Se denomina energía eléctrica a la forma de energía que resulta de la
existencia de una diferencia de potencial entre dos puntos, lo que permite
establecer una corriente eléctrica entre ambos cuando se los pone en contacto por
medio de un conductor eléctrico. La energía eléctrica puede transformarse en
muchas otras formas de energía, tales como la energía luminosa o luz, la energía
mecánica y la energía térmica.
La energía es la fuerza vital de nuestra sociedad. De ella dependen la
iluminación de interiores y exteriores, el calentamiento y refrigeración de nuestras
casas, el transporte de personas y mercancías, la obtención de alimento y su
preparación, el funcionamiento de las fábricas, etc.
Hace poco más de un siglo las principales fuentes de energía eran la fuerza
de los animales y la de los hombres y el calor obtenido al quemar la madera. El
ingenio humano también había desarrollado algunas máquinas con las que
aprovechaba la fuerza hidráulica para moler los cereales o preparar el hierro en
las ferrerías, o la fuerza del viento en los barcos de vela o los molinos de viento.
Pero la gran revolución vino con la máquina de vapor, y desde entonces, el gran
desarrollo de la industria y la tecnología han cambiado, drásticamente, las fuentes
de energía que mueven la moderna sociedad. Ahora, el desarrollo de un país está
ligado a un creciente consumo de energía de combustibles fósiles como el
petróleo, carbón y gas natural.
TIPOS DE ENERGÍA
La Energía puede manifestarse de diferentes maneras: en forma de
movimiento (cinética), de posición (potencial), de calor, de electricidad, de
radiaciones electromagnéticas, etc. Según sea el proceso, la energía se
denomina:
Energía térmica: La Energía térmica se debe al movimiento de las
partículas que constituyen la materia. Un cuerpo a baja temperatura tendrá
menos energía térmica que otro que esté a mayor temperatura. La
transferencia de energía térmica de un cuerpo a otro debido a una
diferencia de temperatura se denomina calor.
Energía eléctrica: La Energía eléctrica es causada por el movimiento de las
cargas eléctricas en el interior de los materiales conductores. Esta energía
produce, fundamentalmente, 3 efectos: luminoso, térmico y magnético. Ej.:
La transportada por la corriente eléctrica en nuestras casas y que se
manifiesta al encender una bombilla.
Energía radiante: La Energía radiante es la que poseen las ondas
electromagnéticas como la luz visible, las ondas de radio, los rayos
ultravioleta (UV), los rayos infrarrojo (IR), etc. La característica principal de
esta energía es que se puede propagar en el vacío, sin necesidad de
soporte material alguno. Ej.: La energía que proporciona el Sol y que nos
llega a la Tierra en forma de luz y calor.
Energía química: La Energía química es la que se produce en las
reacciones químicas. Una pila o una batería poseen este tipo de energía.
Ej.: La que posee el carbón y que se manifiesta al quemarlo.
Energía nuclear: La Energía nuclear es la energía almacenada en el núcleo
de los átomos y que se libera en las reacciones nucleares de fisión y de
fusión, ej.: la energía del uranio, que se manifiesta en los reactores
nucleares.
LEYES DE TERMODINÁMICA
Principio cero de la termodinámica
Este principio o ley cero, establece que existe una determinada propiedad
denominada temperatura empírica θ, que es común para todos los estados de
equilibrio termodinámico que se encuentren en equilibrio mutuo con uno dado.
En palabras llanas: «Si pones en contacto un objeto frío con otro caliente,
ambos evolucionan hasta que sus temperaturas se igualan».
Tiene una gran importancia experimental «pues permite construir
instrumentos que midan la temperatura de un sistema» pero no resulta tan
importante en el marco teórico de la termodinámica.
El equilibrio termodinámico de un sistema se define como la condición del
mismo en el cual las variables empíricas usadas para definir o dar a conocer un
estado del sistema (presión, volumen, campo eléctrico, polarización,
magnetización, tensión lineal, tensión superficial, coordenadas en el plano x, y) no
son dependientes del tiempo. El tiempo es un parámetro cinético, asociado a nivel
microscópico; el cual a su vez esta dentro de la físico química y no es parámetro
debido a que a la termodinámica solo le interesa trabajar con un tiempo inicial y
otro final. A dichas variables empíricas (experimentales) de un sistema se las
conoce como coordenadas térmicas y dinámicas del sistema.
Este principio fundamental, aún siendo ampliamente aceptado, no fue
formulado formalmente hasta después de haberse enunciado las otras tres leyes.
De ahí que recibiese el nombre de principio cero.
Primera ley de la termodinámica
También conocida como principio de conservación de la energía para la
termodinámica, establece que si se realiza trabajo sobre un sistema o bien éste
intercambia calor con otro, la energía interna del sistema cambiará.
En palabras llanas: "La energía ni se crea ni se destruye: sólo se
transforma".
Visto de otra forma, esta ley permite definir el calor como la energía
necesaria que debe intercambiar el sistema para compensar las diferencias entre
trabajo y energía interna. Fue propuesta por Nicolas Léonard Sadi Carnot en 1824,
en su obra Reflexiones sobre la potencia motriz del fuego y sobre las máquinas
adecuadas para desarrollar esta potencia, en la que expuso los dos primeros
principios de la termodinámica. Esta obra fue incomprendida por los científicos de
su época, y más tarde fue utilizada por Rudolf Clausius y Lord Kelvin para
formular, de una manera matemática, las bases de la termodinámica.
Segunda ley de la termodinámica
Esta ley marca la dirección en la que deben llevarse a cabo los procesos
termodinámicos y, por lo tanto, la imposibilidad de que ocurran en el sentido
contrario (por ejemplo, que una mancha de tinta dispersada en el agua pueda
volver a concentrarse en un pequeño volumen). También establece, en algunos
casos, la imposibilidad de convertir completamente toda la energía de un tipo en
otro sin pérdidas. De esta forma, la segunda ley impone restricciones para las
transferencias de energía que hipotéticamente pudieran llevarse a cabo teniendo
en cuenta sólo el primer principio. Esta ley apoya todo su contenido aceptando la
existencia de una magnitud física llamada entropía, de tal manera que, para un
sistema aislado (que no intercambia materia ni energía con su entorno), la
variación de la entropía siempre debe ser mayor que cero.
Debido a esta ley también se tiene que el flujo espontáneo de calor siempre
es unidireccional, desde los cuerpos de mayor temperatura hacia los de menor
temperatura, hasta lograr un equilibrio térmico.
La aplicación más conocida es la de las máquinas térmicas, que obtienen
trabajo mecánico mediante aporte de calor de una fuente o foco caliente, para
ceder parte de este calor a la fuente o foco o sumidero frío. La diferencia entre los
dos calores tiene su equivalente en el trabajo mecánico obtenido.
Existen numerosos enunciados equivalentes para definir este principio,
destacándose el de Clausius y el de Kelvin.
Enunciado de Clausius: En palabras de Sears es: «No es posible ningún
proceso cuyo único resultado sea la extracción de calor de un recipiente a
una cierta temperatura y la absorción de una cantidad igual de calor por un
recipiente a temperatura más elevada».
Enunciado de Kelvin: No existe ningún dispositivo que, operando por ciclos,
absorba calor de una única fuente (E.absorbida), y lo convierta
íntegramente en trabajo (E.útil).
Enunciado de Kelvin—Planck: Es imposible construir una máquina térmica
que, operando en un ciclo, no produzca otro efecto que la absorción de
energía desde un depósito, y la realización de una cantidad igual de trabajo.
Otra interpretación: Es imposible construir una máquina térmica cíclica que
transforme calor en trabajo sin aumentar la energía termodinámica del
ambiente. Debido a esto podemos concluir, que el rendimiento energético
de una máquina térmica cíclica que convierte calor en trabajo, siempre será
menor a la unidad, y ésta estará más próxima a la unidad, cuanto mayor
sea el rendimiento energético de la misma. Es decir, cuanto mayor sea el
rendimiento energético de una máquina térmica, menor será el impacto en
el ambiente, y viceversa.
Tercera ley de la termodinámica
La tercera de las leyes de la termodinámica, propuesta por Walther Nernst,
afirma que es imposible alcanzar una temperatura igual al cero absoluto mediante
un número finito de procesos físicos. Puede formularse también como que a
medida que un sistema dado se aproxima al cero absoluto, su entropía tiende a un
valor constante específico. La entropía de los sólidos cristalinos puros puede
considerarse cero bajo temperaturas iguales al cero absoluto. No es una noción
exigida por la termodinámica clásica, así que es probablemente inapropiado
tratarlo de «ley».
Es importante remarcar que los principios o leyes de la termodinámica son
válidas siempre para los sistemas macroscópicos, pero inaplicables a nivel
microscópico. La idea del demonio de Maxwell ayuda a comprender los límites de
la segunda ley de la termodinámica jugando con las propiedades microscópicas de
las partículas que componen un gas.
CONSECUENCIAS AMBIENTALES DEL USO IRRACIONAL DE LA ENERGIA
Todos los energéticos convencionales que se usan producen o generan un
impacto ambiental. Se dice que hay impacto ambiental, cuando una acción o
actividad produce una alteración en el medio natural o en alguno de los
componentes del medio.
Uno de los principales impactos ambientales en el sector energía, es la
incidencia de los contaminantes producidos por la combustión de combustibles
(fuente). En mayor o menor grado, la extracción, producción, transporte y
consumo de energía produce alteraciones medioambientales, afectando también
la vida y desarrollo del ser humano. Algunas de ellas son:
Contaminación visual
Es producida por las construcciones de las fábricas que alteran el paisaje.
Podemos nombrar: las torres de extracción de petróleo, torres de alta tensión, los
miles de cables eléctricos que cruzan los cielos de las ciudades y pueblos, los
molinos eólicos, etc.
Contaminación atmosférica
Alteración de la composición natural del aire, por emisiones de gases
tóxicos producidos por la combustión del petróleo o sus derivados (bencina,
parafina, diesel, etc..), gas, carbón o leña. Es una de las más conocidas, siendo la
contaminación urbana la más seria por el daño inmediato que se produce en la
salud de las personas que viven en las ciudades.
Lluvia ácida
Alteración de la composición de la lluvia, producto de los elementos
contaminantes que se encuentran en la atmósfera (óxidos de nitrógeno y óxidos
de azufre), los que se transforman en ácido al contacto con el agua, y al caer con
la lluvia, matan la vida vegetal y corroen construcciones de piedra caliza y metales
(estatuas, edificios, puentes). La lluvia ácida se ve con frecuencia en las zonas
altamente industrializadas y en las grandes ciudades.
Calentamiento del planeta (efecto invernadero):
Se produce debido a que la cantidad de gases acumulados en la atmósfera
(dióxidos de carbono, óxidos de nitrógeno, y otros), forma una capa que no
permite que la radiación solar que rebota en la superficie del planeta, escape hacia
el espacio. Esto produce un fenómeno de "inversión térmica", conocido también
como "efecto invernadero" el que provoca un aumento en la temperatura global del
planeta.
Alteración de ecosistemas con destrucción de la biodiversidad
La pérdida del equilibrio en los ecosistemas (extinción de especies
vegetales y animales) puede ser producida por distintos tipos de contaminación:
Contaminación de aire: Producida por la combustión de combustibles como
petróleo, gas, kerosene, etc.
Contaminación de agua: Producida por derrames de combustibles en mar,
lagos, ríos, etc., o por lluvia ácida o filtración de combustibles a las napas
subterráneas de agua.
Contaminación de tierra: Producida por elementos tóxicos que se producen
de la combustión incompleta de energéticos de origen fósil, o que van a
depositarse sobre el suelo por la acción de la lluvia ácida. Este tipo de
contaminación, puede darse además por la construcción de embalses y
centrales hidroeléctricas, donde es necesario inundar extensas áreas,
alterando drásticamente el ecosistema del lugar.
Pérdida de vegetación (bosques, matorrales, etc.) y erosión de suelos:
Producido por la tala indiscriminada de árboles y arbustos para usarlos
como combustibles u otros fines. Debido a esto encontramos, en Chile y en el
mundo, varias especies que están en peligro de extinción.
Agotamiento de los recursos naturales:
Por explotación sostenida, y hasta hace algunos años sin control alguno, de
los recursos energéticos fósiles y biomasa (leña) se produce un agotamiento del
recurso.
CONSECUENCIAS AMBIENTALES DEL USO DE LA ENERGÍA PROVENIENTE
DE LA COMBUSTIÓN DE FÓSILES
El Petróleo y sus Derivados
Extracción: Al extraer petróleo pueden ocurrir accidentes, como derrames
que afecten el entorno que lo rodea. Si el petróleo se encuentra junto a
depósitos de gas natural, en pozos ubicados en el mar o en tierra,
normalmente éste es quemado, así se libera a la atmósfera una serie de
elementos contaminantes: hollín, monóxido, dióxido de carbono y óxido de
azufre.
Transporte: El principal impacto es que al ser transportado por mar, en
barco, ocurra un derrame debido a un accidente. Cuando un petrolero se
accidenta, produce un enorme impacto en el ecosistema marino al derramar
cientos o miles de toneladas de petróleo crudo sobre las aguas, el que se
esparce en una gran extensión que suele abarcar varios kilómetros a la
redonda. Cuando el accidente ocurre cerca de la costa, el derrame suele
llegar hasta las playas inutilizándolas para el uso de las personas. Pero el
mayor impacto, es la inmensa mortandad de peces, aves y
microorganismos marinos. (Recuerda el accidente del Metula, en el sur de
Chile en 1974, investiga el caso.) Con respecto al transporte terrestre, éste
se realiza por grandes cañerías (oleoductos) que van enterradas en el
suelo, los problemas que podrían producirse son principalmente, durante la
construcción de éste, porque altera las zonas por donde pasa y
generalmente suele abarcar grandes distancias. Durante el transcurso del
tiempo, podría llegar a ocurrir una rotura del oleoducto y producir un
derrame terrestre, contaminando el suelo, este tipo de accidentes son poco
frecuentes y pueden ser evitados gracias a un buen control de las cañerías.
Consumo: La combustión de los principales derivados del petróleo ya
refinado, (gasolina, bencina, parafina, petróleo diesel, etc.), genera gran
cantidad de hollín (carbón sin quemar); CO (monóxido de carbono), que es
un veneno; y CO2 (dióxido de carbono) principal constituyente del smog de
las grandes ciudades y causante principal del efecto invernadero en la
planeta.
El Gas Natural
Extracción: Al obtener gas natural es común la quema de un pequeño
porcentaje de este gas en los pozos. Esto provoca un impacto ambiental
atmosférico, ya descrito en la explicación sobre la extracción de petróleo.
En los pozos extractores de gas, es común ver las enormes y altas
chimeneas coronadas por fuego (llamas). Esta combustión, incompleta,
contamina la atmósfera (monóxido, dióxido de carbono, etc.).
Transporte: No presenta mayor riesgo que las posibles explosiones de
gasoductos debido a fallas en sus sistemas reguladores de la presión, lo
cual, es poco probable. Muy pocas veces ha ocurrido un accidente de este
tipo. Además se observan los mismos impactos en la construcción de
gasoductos que de oleoductos, como explicamos anteriormente.
Consumo: El mayor impacto ambiental que presenta este energético es la
combustión. En todo caso, el gas natural es el combustible que produce
menos contaminación atmosférica, y por lo tanto, es considerado el
combustible más limpio en la actualidad.
El Carbón
Extracción: el carbón es un mineral bastante quebradizo, que se extrae
mediante el esfuerzo directo del ser humano, y por lo mismo, los mineros
están expuestos al polvo residual de las faenas, produciendo daños en su
salud.
Transporte: el almacenamiento y distribución del carbón no presenta
riesgos de impacto ambiental, sin embargo su almacenamiento al aire libre
sin protección produce la oxidación de ciertos compuestos como el azufre
que al entrar en contacto con lluvias, generan compuestos ácidos y
corrosivos que escurren y queman el suelo en que se encuentran, donde
pueden filtrarse hacia las capas subterráneas.
Consumo: la combustión del carbón genera hollín, monóxido y dióxido de
carbono, además de otros polutos derivados del azufre y del nitrógeno.
La Biomasa (Leña)
Extracción o Explotación: A diferencia de los combustibles anteriores, la
leña, debiera ser un energético renovable, pero usado como en la
actualidad en que se cortan más árboles que los que se plantan, se
convierte en no renovable. Su explotación indiscriminada produce pérdida
de la masa vegetal en la región de donde se extrae, reduciendo la
capacidad vital del área afectada y alterando o destruyendo la biodiversidad
de la selva, bosque o zona de foresta. Su extracción sin control provoca la
erosión del suelo por la pérdida de la vegetación (yerba y humus),
afectando la capacidad de retención de agua; cuando esto ocurre en cerros
y laderas, provoca predisposición al riesgo de aluviones.
Almacenamiento: presenta peligro de incendios durante el verano.
Transporte: el uso de camiones para transportarlos desde su punto de
origen causa contaminación.
Consumo: su combustión impacta al ambiente de la misma manera que los
combustibles citados anteriormente, con el agravante que su combustión
libera mucho más hollín que los otros.
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